于栓桩
摘要：太阳能作为一种新的能源，取之不尽，用之不竭，且绿色环保，没有污染，被广泛应用于发电、供热、制冷等诸多领域。太阳能光伏发电是一种将太阳光直接转化成电能的太阳能利用形式，清洁卫生、安全可靠，维护简单、无污染、无噪声且建设周期短，在建筑领域正逐渐被广泛使用。
关键词：太阳能；光伏发电；建筑；应用
1太阳能光伏发电系统
1.1太阳能光伏发电系统基本组成
太阳能光伏发电系统的主要组成部分包括电池方阵、蓄电池储能装置、控制器、逆变器和用电设备等。太阳电池板借助于光照产生电动势，通过串联并联形成电池方阵，使其电压满足输入电压的要求。再利用逆转器将其转换为交流电，供给交流负荷或并入电网。
1.2太阳能光伏发电系统与建筑一体化
作为一种新的概念，太阳能光伏发电系统与建筑一体化（BIPV）指的是在建筑维护结构外表面安装太阳能光伏发电方阵。该系统将太阳能光伏发电系统和建筑物完美地结合了起来，工作原理和普通太阳能光伏系统一样，区别在于该系统除了能为建筑提供电能，还可以充当建筑物修饰。
BIPV系统的组成包括光伏阵列、支架、冷却空气通道等。对于一个完整的BIPV系统，蓄电池储能装置、系统控制器、逆变器也应包括在内。光伏系统和建筑结合，可作为独立的电源供电给建筑物供电，也可以与建筑物低压供电系统并网供电。当BIPV系统并网供电时，蓄电池可以不设，但必须设置并网装置。BIPV系统并网供电也是目前BIPV系统应用的主流，因为该系统不需要设置蓄电池储能装置，可以大幅度降低了系统建设成本。在建筑能耗越来越高，并且环境污染日益严峻的今天，作为新兴能源的太阳能光伏系统必然被越来越重视，太阳能光伏发电与建筑一体化也必将成为未来建筑发展的方向。
2太阳能光伏发电光技术在建筑中应用的优势
不仅是我国，全球范围内其他国家也在大力提倡使用太阳能进行环境保护和节约资源，因为通过太阳能光伏发电技术不仅能节省其他稀有资源如石油、煤炭和天然气等，还有降低浪费、高效环保的特点。
第一，通过光伏发电技术产生的是电能，这种发电方式对环境的污染近乎于无，且生产出的电能是清洁能源，太阳能在当下依然属于可再生能源，利用太阳能不仅降低了对环境的破坏，还达到可持续发展的目的。第二，光伏发电的装置虽然成本较高，可使用时间长，材料占地面积小，简单安装在屋顶即可使用，不必另外开辟场地安置，不仅工厂可以大范围使用，一般住户也能在住所附近安装。第三，白天光照强烈，电池可以在这个时段大量储存能源，当晚间用电高峰期来临时，光伏发电生产的电能就能缓解用电紧张的现象，减少地区发电厂的压力。第四，普通居民安装在屋顶或墙壁上的太阳能光伏发电装置在一定程度上吸收了光能，避免阳光直接照射建筑物，也减少了建筑物对光能的吸收，在夏季也可以降低室内温度，起到一举两得的目的。第五，太阳能转化随时产生随时使用，这点在普通居民使用中尤其明显，只要有光照，就能产生电能，这就减少了电能从发电厂输送到用户家中的过程产生的浪费，减少远距离输送电能在一定程度上也减少了电线的使用，节省了能源。第六，太阳能光伏发电基本达到了零污染零排放的要求，而且现代建筑可以在设计过程中将光伏发电设备融入建筑设计中，这种结合不仅美观，而且环保节能，在许多发达国家已经大范围使用。
因此，上述六点都是光伏发电对环境、人类产生的积极作用，光伏发电项目的推广符合未来建筑设计发展方向，不仅能通过建筑设计和建筑物进行完美的融合，还能极大程度上减少环境污染，通过利用环保的太阳能产生无污染的电能，一方面减少建筑物因为光照带来的磨损，另一方面收集阳光降低地方电网压力，在商业、普通居民中适用度都很高，是能广泛推广的环保方式。
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3光伏发电技术在建筑中的应用
3.1建材型建筑
建材型建筑就是在建筑设计阶段，将光伏发电设备融入建筑物中作为常规建筑材料使用，传统建筑物将砖面或钢混结构作为外墙，主要用于保护建筑主体安全和美观，但现在可以将太阳能光伏发电设备嵌入外墙，作为建筑装饰面，起到吸收光能转化电能和建筑物安全美观的作用，在发电供应建筑物内部光照的同时，吸收阳光避免室内高温，减少空调使用频率，降低建筑物对环境破坏。
建材型建筑的光伏发电设备材料主要由钢和玻璃组成，在整体设计中不仅要考虑建筑物和设备的安全性能，还要注重现代建筑屋顶美观，光伏发电设备要具有一定纵深才能高效吸收光能，避免建筑物大量光照，在居民建筑物中要考虑顶层住户和中间层住户的区别，在设计时注重楼顶和楼体表面设备的安装，保障电能输送到每一户居民家中，因此在电缆设备安置上也要考虑使用年限等原因。
3.2普通型建筑
普通型建筑不同于建材型建筑将光伏发电设备融入建筑物中的特点，而是在建筑物表面安装设备，做简单的结合处理，适用于目前已有建筑物，但在较常用于顶层用户，主要材料有钢混支架，发电设备和电线等，由于只能设置在楼顶，因此也要格外注意磨损和防雷，建筑表面安置的发电设备安置简单方便，安装成本相较于建材型建筑较低，且具有更强的使用性能，屋顶吸收光照多使得发电量较多，这种高效率的发电方式在我国居民建筑物群中非常实用。
4建筑太阳能光伏电站设计需注意问题
在太阳能光伏发电系统与建筑一体化应用的具体设计中需要注意一下几点问题：建筑用电情况、太阳能光伏发电系统装机容量、太阳能光伏发电系统的运行模式。
4.1建筑用电情况决定着项目中太阳能光伏发电系统装机容量的计算。对于新建项目可以根据建筑类型、各个功能区域面积情况估算建筑的用电需求；对于已有建筑可根据物业用电数据来统计建筑的实际用电需求。准确的建筑用电数据，是正确确定太阳能光伏电站的装机容量的保证。
4.2太阳能光伏发电系统装机确定主要根据项目建设要求，目前可能存在的容量需要有如下几种：
（1）满足绿色建筑星级要求。绿色建筑评定标准要求，建筑需使用一定量的清洁能源，这时光伏电站的装机容量可根据标注具体要求，结合资金投入情况确定。
（2）建设零能耗建筑，在这种项目中往往光伏电站会和其他清洁能源形式结合，如冷热电三联供、太阳能热水、风力发电等。这时需要综合考虑各种能源的特点，寻求经济最优，结构最合理方案。同时计算建筑用电情况时需考虑其他节能措施对降低用电的贡献，如自然采光对降低照明用电的影响。
5结束语
当下我国大量建筑物楼顶都安装了这种简易的太阳能光伏发电设备，普通型建筑的推广已经颇具成效，但光伏发电设备的建材型建筑推广目前较少，由于受到成本较高、知名度较低的限制，光伏发电设备的大范围推广还需要研究者们花费大量时间和努力，能源问题和环保问题已经是全球都在关注的问题，环保节能的建筑物应该在未来得到推广，尤其是对太阳能这种零污染能源的利用。本文通过介绍太阳能光伏发电技术在建筑设计中的应用，提出两点当下及未来可行的方案，希望对我国建筑物光伏发电设备推广提供建设性意见。
参考文献：
[1]王健，曹磊，光伏发电技术在建筑过程中的应用[J]，智能建筑电气技术，2012，38（1）：239—242.
[2]郑先友.光伏建筑一体化中建筑外观的设计研究[J].工程与建设，2014.
论文作者:于栓桩
论文发表刊物:《防护工程》2018年第13期
论文发表时间:2018/10/26
标签：光伏论文; 太阳能论文; 建筑论文; 建筑物论文; 系统论文; 电能论文; 发电设备论文; 《防护工程》2018年第13期论文;